當前的國際形勢下，對于安全問題的關切不斷上升，涉及電力系統(tǒng)運行以及網絡安全的約束必須在“十四五”規(guī)劃中制定顯性的應對方案。
文 | 張樹偉
2017年頒布的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出構建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的總體目標，安全是8個核心關切之一。能源供應安全與穩(wěn)定是一個重要話題，傳統(tǒng)上更多的是指石油（以及天然氣）， 往往包括“買得到，運得回，用得起”三個維度的問題。
有意思的是，這種安全視角往往是消費者的視角，但是像俄羅斯、沙特這樣的能源出口國，其關注需求的穩(wěn)定性同樣也被他們理解為“能源安全”問題。
最近幾年，隨著以國際集體治理與規(guī)則為基礎的國際秩序的弱化，在油價、煤價與氣價都處于穩(wěn)定并且歷史相對低位的背景下，能源供應安全保障問題重新回到人們的視野。今年10月，國家能源委員會會議召開，強調中國以煤為主的資源稟賦，多元發(fā)展能源供給，提高能源安全保障水平。
電力的安全保障由于系統(tǒng)需要實時平衡覆蓋多個時間維度。在“十三五”電力規(guī)劃中，廣泛涉及了電力系統(tǒng)方方面面的安全關切，特別是大電網與配電網的安全穩(wěn)定運行，以及網絡與信息安全問題。無論何種的政策文件或者宣示，對電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行的任何改變，往往都強調“在確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下”?？梢娺@個問題在決策者關注目標序列中的優(yōu)先級。
本專欄專題中，我們討論電力供應安全這一話題。由于安全問題涉及的層面很多，我們在此分成短期運行的可靠性、長期系統(tǒng)的充足性、可再生能源特性以及與之相關的系統(tǒng)靈活性。在此基礎上，我們討論中國特色的若干安排，包括僵直“大飛線外送”、調度與電廠的平衡責任界面、以及可再生能源貴金屬依賴的潛在安全問題與含義等。
我們認為，目前的國際形勢下，對于安全問題的關切在上升，涉及電力系統(tǒng)運行以及網絡安全的約束必須在規(guī)劃中制定顯性的應對方案。我國傳統(tǒng)調度的“戰(zhàn)場指揮官”范式，帶來了系統(tǒng)平衡上的過度安全與保障問題，造成了系統(tǒng)運行者與發(fā)電商之間的責任界面不清楚，從而無法實現(xiàn)長期系統(tǒng)進化（比如可以不斷進化的電力輔助服務體系）的目標。運行與調度層面的本質性改變，是我國電力體制改革以及“十四五”規(guī)劃工作中需要著眼的具有重大意義與長期價值的內容。
一般化的能源安全關切無關乎電力部門
2019年10月，國家能源委員會會議召開。李克強總理指出，要立足我國基本國情和發(fā)展階段，多元發(fā)展能源供給，提高能源安全保障水平。根據我國以煤為主的能源資源稟賦，科學規(guī)劃煤炭開發(fā)布局，加快輸煤輸電大通道建設，推動煤炭安全綠色開采和煤電清潔高效發(fā)。
這一表態(tài)，被很多國內外研究人士，解讀為我國重新確定了煤炭的主體地位，并且有可能放緩可再生能源發(fā)展的信號。
筆者認為這無疑是引申太多了。中國的能源安全問題，更多的是依存度高的石油和天然氣問題，而電力部門更多的是煤電與可再生能源互相替代的問題。煤炭已經足夠安全了，而可再生能源都是本地化的。這二者都不涉及對外依存度類型的能源安全問題。
過去，電力行業(yè)依靠部分可調度的煤電、水電與核電滿足不斷增長、峰谷差變大的電力需求。現(xiàn)在，不可控的隨機性、間歇性的可再生能源的加入，客觀上產生了對完全可調度、異常靈活的天然氣單循環(huán)機組的需求。無疑，這將新增天然氣資源的利用。
作為彌補風不刮、沒太陽情況下的天然氣機組，滿足一年有限的小時數(shù)，這并不會增加可觀的天然氣消費。我國的天然氣也并不是“有還是沒有”的二值問題，而在一個廣大的幾千億的區(qū)間上。
比如，對于一個年運行小時數(shù)300小時的20MW的天然氣單循環(huán)電廠，可以充分滿足夏季（90天）傍晚（2-3小時）的需求，其年天然氣用量也就120萬立方米，相當于一個LNG處理站的日處理能力。我國即使再新增1000個這種調峰靈活電源，其平均成本也大大低于重資產不靈活的大煤電，從現(xiàn)在的500萬千瓦總量上升到2500萬千瓦，新增天然氣用量也就10億立方米，也就北京市居民10天的用氣量，占目前天然氣利用總量的5%不到。
這會導致何種能源供應安全問題呢，給定目前的40%左右的對外依存度？因為100%天然氣份額是可怕的（全世界天然氣給我們都不夠），所以目前5%的狀態(tài)就是正常的？這是典型的連續(xù)問題二值化的邏輯錯誤。這種5%的增量完全只是邊際上的小程度變化而已。
電力供應安全并不具有無窮價值
電力安全很重要，但是將這種價值無窮化，無疑就走了極端?，F(xiàn)實中往往需要討論的問題是：實現(xiàn)哪種水平的安全是合適的？基于目前的現(xiàn)狀保障措施，實現(xiàn)安全獲得的收益，是否付出了過大的代價？是否存在額外的能動空間，在不損失安全表現(xiàn)的情況下，改善其他維度的系統(tǒng)表現(xiàn)，比如經濟效率？
安全與其說是一個目標，不如說是個約束。約束跟目標存在本質上的區(qū)別，目標是“越極端越好”，而約束只要滿足某個水平即可。超過這個水平的安全表現(xiàn)，必然意味著對其他所追求目標的不成比例的犧牲（比如金錢）。當然，如何界定是否成比例，需要統(tǒng)一的度量單位，比如經濟成本。
電力系統(tǒng)存在一個指標，叫做電力中斷的損失價值（VOLL），它表征了消費者出現(xiàn)電力供應中斷所代表的經濟損失。它顯然會大于零，但是也不會是個無窮大的數(shù)字。工業(yè)用戶的停電損失往往要大于居民，因為它代表著工業(yè)活動的停止與產量損失；居民的停電損失隨著時間有迅速擴大的趨勢（比如停電6小時以上，冰箱的食物開始壞掉了），但是長期損失又有下降，停的長了也就習慣了，比如過去中國缺電時期仍未通電的農村。
這一損失多大，不同的方法給出了很大區(qū)間的值。不同的市場也根據自己市場的情況（比如是否有其他收入渠道）進行了具體的設定。比如存在容量市場的法國市場，在3歐元/度，也就意味著電力價格行政設定不允許超過3歐元/度。美國德州市場通過剩余儲備價格曲線（ORDC） 來招標供需緊平衡下的備用資源，其VOLL的上限是9美元每度電。也意味著，超過這一價格，系統(tǒng)運行者不再提供招標價格了。
電力系統(tǒng)的可靠、靈活性與長期充足性
從供給側，電力安全性可以定義為電力系統(tǒng)在最小可接受的服務中斷情況下，能夠承受干擾（比如產生異常系統(tǒng)條件的事件或事故）或意外事件（比如系統(tǒng)部件的故障或停機）的能力。無疑，這是一個覆蓋所有時間尺度與空間范圍的定義。
離散地來看，電力系統(tǒng)的安全關切，往往包含短期運行與長期系統(tǒng)充足性兩方面的含義。前者，可以稱為一種可靠性，往往指的是運行的安全，以及面臨各種擾動仍舊保持穩(wěn)定狀態(tài)；而后者，往往更系統(tǒng)不能在正常情況下存在“硬缺電”——缺少足夠裝機有關。
在傳統(tǒng)上短期可靠性與長期充足性之間，目前系統(tǒng)運行的靈活性成為另外一個關注的熱點。由于可再生能源更大波動性的特點，系統(tǒng)頻繁的上下調節(jié)、爬坡以及高比例可再生能源情況下仍舊保持系統(tǒng)穩(wěn)健等問題變得更加重要。
我國的電力系統(tǒng)，長期維持一套按照預測最大負荷8760小時運行（再加上10%-20%的備用）安排裝機以及電網資源的習慣，盡管這一最大負荷出現(xiàn)的時間往往是非常有限的。
這種安全就類似所有的交通基礎設施都按照春運的需求來安排一樣，過度地保障了長期的系統(tǒng)充足性，而造成了整體利用水平的下降。
這一安排對短期的系統(tǒng)靈活性具有關聯(lián)與含義。按照最大負荷安排，那么必然有機組需要在需求不再那么大的時刻退下來。選擇哪些機組退下來，在我國執(zhí)行的也不是專業(yè)化原則——那些適合退下來的輕資產機組，而是大鍋飯原則——所有的機組都輪流退點，利用率普遍上不去，但是都還過得去。
這一操作方式對于系統(tǒng)的靈活運行絕對不是好消息。很簡單，在一個高度過剩的系統(tǒng)中，如果還繼續(xù)有能力“退出出力”，那么無疑將成為進一步損失市場份額的那個，所以機組爭取的更加不靈活，而不是相反。所有的機組都在運行，而其出力水平都壓得很低，系統(tǒng)的調節(jié)能力（特別是進一步降出力）越來越差。
過去維持系統(tǒng)安全的基本范式，在可再生能源出現(xiàn)之后，已經越來越難以為繼。通過提供激勵來促進靈活性的釋放，成為為數(shù)不多的選擇。但是東北的所謂調峰輔助服務市場設計顯示，這一激勵又走向了另一極端，產生了過度激勵問題，度電高達8毛，甚至1塊的靈活性成本，已經大大超過了靈活性的價值，還不如直接棄掉可再生能源給補償呢，他們滿足的是同樣的系統(tǒng)目的——低谷時段有功平衡。
這是“十四五”期間必須解決的部分機組以“輔助服務”為名對其他機組的搶劫問題。
服從調度指揮——實現(xiàn)這一安全是否付出了過大的代價？
我國的《電網調度管理條例》規(guī)定，并網運行的發(fā)電廠或者電網,必須服從調度機構的統(tǒng)一調度。在操作中，這往往成為了任何時間尺度上發(fā)電方對調度機構的“仆從關系”。目前，我國煤電占據整個電力系統(tǒng)的主導地位，可以講整個煤電系統(tǒng)都是調度的備用資源，而不是調度只是市場的一個平等參與者，利用備用資源，而不是全部發(fā)電資源實現(xiàn)系統(tǒng)的安全運行與電能質量要求。服從調度指揮往往成為一個不容討論、涉及電力系統(tǒng)安全的基本原則。任何的改變與改革措施，往往從來不挑戰(zhàn)這一基本原則。
比如，國家發(fā)改委與能源局2015年電力體制改革配套文件提及，并網自備電廠要嚴格執(zhí)行調度紀律，服從電力調度機構的運行安排。從道理上講，自備電廠是企業(yè)的車間，自己完全應該掌握自己發(fā)多少電，什么時候發(fā)電，唯一需要做的是及時以協(xié)議的形式通知調度而已。這是歐美市場的慣例。但是，在我國，無疑給予了調度“指揮權”，所有的機組都有必須服從“調度指令”一說。在年度尺度以內，調度調成什么樣就按此進行財務結算。
這種半軍事化安排，的確很有效地保證了安全。但是，顯然現(xiàn)實中我們評價一個事情的好壞，從來不是“有效就行”的單一價值觀。對于一個問題解決與改善的方案，往往還需要問兩個問題。第一，這一問題解決帶來的效率，是否大過了方案的成本，從而取得了總體成本的降低，也就是經濟效率問題；第二，是否存在能夠帶來同樣收益且成本更低的其他解決方案，也就是成本有效性。
這種安排的一個明顯弊端，就是運行范式鉗制交易層面的靈活性，完全沒有平衡責任劃分的工作界面，造就了調度這一特權集團，以及無法對機組提出明確但是有限的平衡義務要求（因為要求隨時在變）。因此，所謂建設輔助服務市場無從談起，這往往需要明確的責任劃分界面。
基于以上的認識，我們就需要問：這種基荷的煤電，以及高度自由量裁的調度，是否意味著保證安全的過高的代價？關于這個問題的系統(tǒng)性回答，已經超過了本文關注的范圍，我們將在2020年對5年的電力體制改革歷程進行系統(tǒng)總結的基礎上進行重新思考。
可再生能源的貴金屬依賴安全
可再生能源相比傳統(tǒng)化石能源，不需要燃料成本，但是投資成本都很高，屬于資本密集型的發(fā)電技術。而這些發(fā)電設備，往往需要使用包括稀缺金屬、稀土等原料制備。這些貴金屬，往往分布得非常不均衡，從而面臨著國際競爭，某些國家會對其他國家的依存度非常高。
當然，這一問題在某些人看來也屬于夸大了。落基山研究所的創(chuàng)始人Amory Lovins曾經說：稀土只是另一種不尋常的重要商品，但無法超越經濟、創(chuàng)新和貿易的現(xiàn)實。
跨省區(qū)僵直外送帶來的依存“武器化”問題
中美貿易戰(zhàn)的發(fā)生，使得更多的人開始從危機視角考察平時的一些潛在經濟與社會安全問題。其中，網絡依存帶來的“武器化”可能性被格外地強調。
這其中的邏輯起點與推演是：現(xiàn)實世界中的彼此依存，很多時候參與者的地位并不像想象中地那么平等，而是一個非對稱的網絡結構。比如美國對于互聯(lián)網域名系統(tǒng)、金融國際清算結算系統(tǒng)（SWIFT）、美元結算體系等網絡的主導，形成一種“權力”。一方對另一方面單向依賴太大，網絡化依存不對稱，在某些環(huán)境與條件下就有“特權參與者”，從而為對抗提供可能的“武器工具”。
我國跨省跨區(qū)的電力僵直外送網絡無疑也是這方面一個很好的例子。過去的經驗顯示：有的時候送出地不愿意送，而有的時候（越來越多的時候），接收地不愿意要。
比如，華潤鯉魚江電廠地處湖南省南部，是“西電東送”項目，接入廣東電網。但是，湖南電力逐年緊缺，湘南地區(qū)嚴重缺乏電源支撐。2019年，鯉魚江電廠轉接湖南電網已經逐漸形成共識，并得到國家能源主管部門的認同和支持。
回到從前的故事，2016年，河南省政府發(fā)布《關于促進煤炭行業(yè)解困的意見》強調，將省外來電納入對省電力公司目標考核體系，控制國家計劃以外的省外來電，穩(wěn)定省內發(fā)電市場，從而促進煤炭企業(yè)解困。
這一體系之所以穩(wěn)健性如此之差，從政治視角，就在于這種外送完全是單向的，一方對另一方的完全依賴，而不是互通有無的互聯(lián)互通與雙向流動。這種僵直外送體系，已經到了必須立刻取消的時刻了。
要解決“武器化”問題，關鍵在于消滅點對網、點對點的長距離高壓送電僵直安排。這是一個國外不存在，而格外具有中國特色的問題與挑戰(zhàn)。在“十四五”期間，需要這方面的結構性改變。
電力互聯(lián)是否安全——互通有無往往是安全的
與僵直外送不同的是，電力的聯(lián)網，包括跨國聯(lián)網具有頻繁多變的電力潮流，往往前一個小時還是A國到B國，下一個小時就從B國到A國。這種情況下，互通有無條件下，武器化的可能就比較低，因為往往這樣的網絡是對稱依賴的。
典型的比如北歐與歐洲大陸的電力聯(lián)網。在夏天，絕對部分時間，北歐豐富的水電輸往歐洲大陸，但是也存在反向的可能性；在冬天，二者之間的潮流走向往往是在小時尺度上頻繁改變的，從而形成一個高度互相依存的對稱網絡。
基于以上的討論，我們可以看出，在我國的能源安全形勢有所惡化的大背景下，電力行業(yè)需要解決的恰恰是另外一個極端的問題——過度安全。這一過度安全造成了其他方面巨大的代價，包括僵直外送的無法維持與潛在的“武器化”問題、調度體系的落后以及無法進化，輔助服務規(guī)則設計是“抓壯丁斗地主”，系統(tǒng)運行靈活性無法提升等問題。
對這些問題，“十四五”規(guī)劃編制無疑提供了一個改善的機會窗口。
